CN114295573A

CN114295573A - 一种光谱检测仪

Info

Publication number: CN114295573A
Application number: CN202111583981.3A
Authority: CN
Inventors: 宁志强; 邢青涛; 陈汉德; 符坚; 徐佳; 林正玺; 黄修彩; 符智豪; 吴锦华
Original assignee: Hainan Juneng Technology Innovation Research Institute Co ltd
Current assignee: Hainan Juneng Technology Innovation Research Institute Co ltd
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2022-04-08

Abstract

本发明公开了一种光谱检测仪，包括分体式的手持检测终端与上位处理终端；所述手持检测终端包括可调节光源电路、接收探头、DAC放大电路、ADC放大电路、微处理器和无线通信电路；所述微处理器通过所述DAC放大电路及所述ADC放大电路与所述接收探头电连接；所述可调节光源电路发射的红外光，经待测样品被所述接收探头接收；所述微处理器通过所述接收探头接收的待分析电信号确定所述待测样品对应的图谱数据，并将所述图谱数据通过所述无线通信电路发送至所述上位处理终端；所述上位处理终端通过所述图谱数据确定所述待测样品对应的材料种类。本发明免去了将信号采集及信号处理功能都集成在手持端使手持端过于臃肿不方便握持的问题。

Description

一种光谱检测仪

技术领域

本发明涉及红外光谱检测领域，特别是涉及一种光谱检测仪。

背景技术

随着社会的发展，人们的环保意识逐渐提高，由于大量的不可降解的塑料制品造成白色污染，影响环境，为了解决这个问题，各地份纷纷出台限塑令，也即禁止使用PE、PP、PS、PVC、EVA、PET等非生物降解高分子材料的一次性膜、袋，替代使用的是PBAT、PGA、PLA、PCL、PBS和淀粉基等可降解塑料，然而，在实际实行过程中，由于早期的非生物降解高分子塑料工艺成熟成本低廉，导致仍旧有不少商品、工厂在违规使用，因此需要通过光谱检测检测的方式对塑料种类鉴别进行快速检测，以便将其进行分类处理。

但目前的光谱检测仪通常为平板状，难以手持，为工作人员对塑料进行随时随地的检测造成了障碍。因此，如何对所述光谱检测仪进一步优化，使其更加易于手持，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种光谱检测仪，以解决现有技术中光谱检测仪小型化困难的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光谱检测仪，包括分体式的手持检测终端与上位处理终端；

所述手持检测终端包括可调节光源电路、接收探头、DAC放大电路、ADC放大电路、微处理器和无线通信电路；

所述微处理器通过所述DAC放大电路及所述ADC放大电路与所述接收探头电连接；

所述可调节光源电路发射的红外光，经待测样品被所述接收探头接收；

所述微处理器通过所述接收探头接收的待分析电信号确定所述待测样品对应的图谱数据，并将所述图谱数据通过所述无线通信电路发送至所述上位处理终端；

所述上位处理终端通过所述图谱数据确定所述待测样品对应的材料种类。

可选地，在所述的光谱检测仪中，所述ADC放大电路的ADC芯片为AD7699芯片，所述ADC放大电路的运算放大器芯片为OPA2192芯片。

可选地，在所述的光谱检测仪中，所述微处理器为STM32F401CBU6芯片。

可选地，在所述的光谱检测仪中，所述可调节光源电路的光源的波长范围为1550纳米至1850纳米，包括端点值。

可选地，在所述的光谱检测仪中，所述可调节光源电路的光源对应的调谐电压为25伏至40伏，包括端点值。

可选地，在所述的光谱检测仪中，所述上位处理终端为手机。

可选地，在所述的光谱检测仪中，所述无线通信电路为蓝牙电路。

可选地，在所述的光谱检测仪中，所述蓝牙电路的芯片为WS8100芯片。

本发明所提供的光谱检测仪，包括分体式的手持检测终端与上位处理终端；所述手持检测终端包括可调节光源电路、接收探头、DAC放大电路、ADC放大电路、微处理器和无线通信电路；所述微处理器通过所述DAC放大电路及所述ADC放大电路与所述接收探头电连接；所述可调节光源电路发射的红外光，经待测样品被所述接收探头接收；所述微处理器通过所述接收探头接收的待分析电信号确定所述待测样品对应的图谱数据，并将所述图谱数据通过所述无线通信电路发送至所述上位处理终端；所述上位处理终端通过所述图谱数据确定所述待测样品对应的材料种类。本发明通过将采集信号的手持检测终端与对采集到的信号进行进一步处理的上位处理终端分开设置，并在两终端之间进行无线传输，免去了现有技术中将信号采集及信号处理功能都集成在手持端使手持端过于臃肿不方便握持的问题。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的光谱检测仪的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明提供的光谱检测仪的一种具体实施方式的手持检测终端的电路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种光谱检测仪，其一种具体实施方式的结构示意图如图1所示，包括分体式的手持检测终端100与上位处理终端200；

所述手持检测终端100包括可调节光源电路110、接收探头120、DAC放大电路150、ADC放大电路160、微处理器130和无线通信电路140；

所述微处理器130通过所述DAC放大电路150及所述ADC放大电路160与所述接收探头120电连接；

所述可调节光源电路110发射的红外光，经待测样品被所述接收探头120接收；

所述微处理器130通过所述接收探头120接收的待分析电信号确定所述待测样品对应的图谱数据，并将所述图谱数据通过所述无线通信电路140发送至所述上位处理终端200；

所述上位处理终端200通过所述图谱数据确定所述待测样品对应的材料种类。

另外，所述ADC放大电路160的ADC芯片为AD7699芯片，所述ADC放大电路160的运算放大器芯片为OPA2192芯片。由所述接收探头120输出的电流信号转换为电压信号再将其电压信号放大后输出至AD7699，AD7699将接收到的模拟信号转换为数字信号输出至微处理器130进行处理。AD7699为低功耗、吞吐速率高、无失码的16位分辨率ADC。OPA2192为低失调电压、低输入偏置电流、轨到轨输入/输出精密运算放大器，具有e-trim^TM。OPA2194配合AD7699进行采样实现更高精度的电压采样。

优选地，所述微处理器130为STM32F401CBU6芯片，主频(MAX)：84MHz工作电压：1.7V～3.6V，可带来高性能的运算能力的同时，功耗较低。

更进一步地，所述可调节光源电路110的光源的波长范围为1550纳米至1850.0纳米，包括端点值，如1550纳米、1623.2纳米或1850.0纳米中任一个；当然，所述接收探头120的接收红外光波长范围对应地也为1550纳米至1850.0纳米；对应地，所述可调节光源电路110的光源对应的调谐电压为25伏至40伏，包括端点值，如25.0伏、36.2伏或40.0伏中的任一个。

作为一种具体实施方式，所述上位处理终端200为手机。手机可随时随地通过无线连接的手段连接至所述手持检测终端100，借由手机的处理器对数据进行分析(可安装对应的分析软件APP)，并通过手机显示器对经过处理的数据进行显示(也包括所述待测样品对应的材料种类)。

其中，所述无线通信电路140为蓝牙电路。更进一步地，所述蓝牙电路的芯片为WS8100芯片。WS8100是一款符合BLE 5.0规范的高性能低功耗蓝牙SOC芯片。片上集成了Balun，无需阻抗匹配网络，无需外挂晶振负载电容，无需外部32KHz晶振，最大限度地节省BOM成本。片上集成了高效率DC-DC降压转换器以实现超低功耗，适合用于高性价比可穿戴、物联网、遥控器、透传、POS、Homekit、Beacon等低功耗应用。

下面实际举一例所述手持检测终端100的电路图，如图2所示虚线部分为所述手持检测终端100控制电路，虚线左侧的实线部分为接收探头120，整体硬件电路由手持检测终端100控制电路，接收探头120，电源电路三大部分组成，其中电源电路共由四路电源，分别为+60V、+5V、+3.3V以及基准源+2.5V，其中微处理器130工作电压为+3.3V、ADC放大器电路工作电压为+5V，DAC放大电路工作电压为+5V和+60V，其中下位机电路包括可调节光源电路110、DAC放大电路150、ADC放大电路160及微处理器130和蓝牙电路，其中可调节光源电路110由电源电路提供+5V工作电压，由微处理器130输出数字信号至DAC电路，DAC电路将数字信号转换为模拟信号输出至图腾柱电路，图腾柱电路将其电流放大，以控制更大大功率的近红外光源，调节光源的亮度由微处理器130输出的信号便可调节亮度；其中DAC放大电路150由DAC芯片将微处理器130输出的数字信号转为模拟信号经过放大器的放大后输出至可调谐滤波器，1550-1850nm波段的可调谐滤波器电压为25-40V，需由电源电路由电池升压+60V输出至放大器工作使用。

下面实际举一例所述手持检测终端100的工作流程，包括放置好样品后，手持检测终端100开始工作，调节近红外光源的亮度并打开近红外光源，微处理器130输出1550nm对应的数字信号传至DAC转换为模拟信号后放大输出至探头的可调谐滤波器，通过接收探头120内部的光电二极管输出电流信号转换为电压信号再放大，通过ADC转换为数字信号输出至微处理器130，微处理器130接收到1550nm这一个点的信号，将此数据存储，判断是否完成了扫描1550nm-1850nm，未完成将返回执行第二步，直至将1550-1850nm波段扫描完成后将所接收的数据通过蓝牙的方式上传。

下面实际举一例所述上位处理终端200的工作流程，包括手机蓝牙接收手持检测终端100上传的检测物品的图谱数据，接收数据完毕之后对数据信息进行预处理，数据预处理(data preprocessing)是指在主要的处理以前对数据进行的一些处理。不同的材料都有着不同的特征峰，软件进行特征峰提取，如果存在特征峰便可判别为何种材料，如果上传数据预处理后特征峰不明显或是提取失败再进行全谱段最小距离算法模型，此模型是通过样品图谱库进行AI算法模型训练后得到一个算法模型，通过此模型识别后再进行结果判别

本发明所提供的光谱检测仪，包括分体式的手持检测终端100与上位处理终端200；所述手持检测终端100包括可调节光源电路110、接收探头120、DAC放大电路150、ADC放大电路160、微处理器130和无线通信电路140；所述微处理器130通过所述DAC放大电路150及所述ADC放大电路160与所述接收探头120电连接；所述可调节光源电路110发射的红外光，经待测样品被所述接收探头120接收；所述微处理器130通过所述接收探头120接收的待分析电信号确定所述待测样品对应的图谱数据，并将所述图谱数据通过所述无线通信电路140发送至所述上位处理终端200；所述上位处理终端200通过所述图谱数据确定所述待测样品对应的材料种类。本发明通过将采集信号的手持检测终端100与对采集到的信号进行进一步处理的上位处理终端200分开设置，并在两终端之间进行无线传输，免去了现有技术中将信号采集及信号处理功能都集成在手持端使手持端过于臃肿不方便握持的问题。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的光谱检测仪进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种光谱检测仪，其特征在于，包括分体式的手持检测终端与上位处理终端；

2.如权利要求1所述的光谱检测仪，其特征在于，所述ADC放大电路的ADC芯片为AD7699芯片，所述ADC放大电路的运算放大器芯片为OPA2192芯片。

3.如权利要求1所述的光谱检测仪，其特征在于，所述微处理器为STM32F401CBU6芯片。

4.如权利要求1所述的光谱检测仪，其特征在于，所述可调节光源电路的光源的波长范围为1550纳米至1850纳米，包括端点值。

5.如权利要求4所述的光谱检测仪，其特征在于，所述可调节光源电路的光源对应的调谐电压为25伏至40伏，包括端点值。

6.如权利要求1至5任一项所述的光谱检测仪，其特征在于，所述上位处理终端为手机。

7.如权利要求6所述的光谱检测仪，其特征在于，所述无线通信电路为蓝牙电路。

8.如权利要求7所述的光谱检测仪，其特征在于，所述蓝牙电路的芯片为WS8100芯片。